不再依賴充電線！高續航力穿戴設備問世

每年九月，蘋果迷期待著新產品的發表，穿戴式設備也成為近年來大家關注的焦點。然而，這類設備面臨的最大挑戰是電池壽命有限，難以滿足全天候健康監測需求，美國華盛頓大學的一項研究為此帶來了突破，他們利用人體與裝置之間的溫差產生電流，也就是說，可以利用人體作為充電源，藉此提升穿戴設備的續航能力，這項研究採用了碲化鉍（Bi₂Te₃）和共晶鎵銦合金（EGaIn）作為基礎材料，具備高效充電、自我修復及彈性延展的特性，並能透過Peltier效應反向操作，實現溫度控制，為使用者提供保暖或降溫的功能，這項技術為穿戴式裝置的未來應用開啟了更多的可能，讓健康監測更具完整性，在穿戴上也能更加貼近使用者的需求。

撰文｜黃鼎鈞

每年九月份都是蘋果迷最期待的時節，因為蘋果公司通常會在這個月份發表新產品，隨著科技的日新月異，蘋果的發表會焦點已不僅限於新款手機的發布，還有另一個亮點——穿戴型設備，穿戴式裝置的應用已經逐漸從追蹤日常運動的基本功能，進展到更為複雜的健康監測，透過與人體的緊密接觸，即時收集並分析生理數據，幫助使用者更好地瞭解自身的健康狀況。儘管穿戴式裝置具有極大的潛力，它們目前仍面臨一些挑戰，首先，電池壽命是主要瓶頸之一，大多數穿戴裝置依賴內建電池供電，容量有限，通常在幾天內就需要充電，這不僅無法滿足全天候健康監測的需求，也讓經常出門旅行的使用者需要額外攜帶充電線，此外，電池的尺寸和重量限制了裝置的設計與舒適性，且材料的彈性不足，無法完全符合人體曲面的需求，導致裝置的機械耐久性不夠理想。

那麼，是否有可能製造出高續航力又舒適的穿戴式裝置呢？就在同年八月，美國華盛頓大學 (University of Washington) 在《Advanced Materials》期刊上發表了一項研究，他們利用人體與電子設備之間的溫差來產生電流，作為穿戴式設備的電力來源，實驗結果顯著提升這類裝置的續航能力，研究團隊採用了碲化鉍 (Bi₂Te₃) 作為裝置的基礎材料，這種材料能產生顯著的Seebeck效應。Seebeck效應是一種熱電轉換現象，當兩種不同材料的接點之間存在溫差時，材料中的自由電子會從高溫區移動到低溫區，從而產生電壓，電壓的大小取決於材料的Seebeck係數和溫度梯度的大小。由於Bi₂Te₃擁有較高的Seebeck係數 (200-235 μV/K)，因此在小的溫差下也能產生較大的電壓，適合用於依賴人體熱量的小型穿戴設備，不僅如此，Bi₂Te₃的低熱導率 (1.2-1.6 W/m·K) 還能減少熱量散逸，進一步提高熱電轉換效率。

為了增強裝置的穿戴性，研究人員還加入了共晶鎵銦合金 (Eutectic Gallium-Indium，EGaIn)，這是一種由75%的鎵和25%的銦組成的液態合金，具有優異的導電性，能在人體活動時保持穩定的電流傳輸，此外，EGaIn具備獨特的自我修復能力，當裝置經過多次拉扯後，該液體材料能重新流動，形成新的導電通道，根據團隊的測試，裝置經過2000次拉伸循環後仍能維持功能，並保持穩定的電壓，證明了其自我修復的能力，進一步展現出其耐用性。

除此之外，這些裝置還可以利用Peltier效應進行反向操作，實現加熱和冷卻功能，Peltier效應指的是當電流通過兩種不同材料的接點時，會產生或吸收熱量，導致該接點發熱或降溫，進一步來說，當電流通過不同導體或半導體材料時，電子在材料之間的轉移會伴隨能量的變化，從而引起熱的釋放或吸收，因此，當施加外部電流時，裝置能夠調節溫度，為穿戴者提供客製化的溫度控制。研究團隊發現，通過施加1A的電流，裝置表面溫度在3分鐘內快速升高或降低，顯示出優異的熱調節性能。

這項研究讓我們看見了熱電裝置在穿戴設備中的巨大潛力。特別是Bi₂Te₃和EGaIn的材料組合，使得裝置不僅能有效利用人體熱量進行充電，還具有高度的彈性、耐久性和自我修復能力，這一技術突破為穿戴設備的續航能力提供了新的設計策略，解決了目前市場上許多裝置面臨的電池壽命和舒適度的瓶頸。未來，這些裝置不僅能實現全天候的健康監測，還可利用Peltier效應為使用者提供溫度的調節，在夏天能為身體降溫，在冬天能為身體保暖，進一步拓展了穿戴式設備的應用潛力，隨著這項技術的進一步發展，相信在不久的將來，穿戴裝置將為我們的日常生活再度帶來巨大的改變。

參考文獻

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